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锅炉耐热钢厚壁管的焊接

10CrMo910厚壁管广泛用于输送530℃的高温蒸汽,本文结合高压蒸汽注汽锅炉总汽外输管线的更换实例,分析了10CrMo910钢的可焊性,从母材分析、现场焊接、检验、焊后热处理等方面总结了28mm壁厚的管道焊接方法。

10CrMo910厚壁管钢的特性

中原油田钻井三公司钻采设备厂高压蒸汽注汽锅炉流程维修改造中,因总汽外输管线变更,需把原管线一处弯头切割下后,转换方向。经查,该材质为进口耐热钢10CrMo910。其管线设计温度为530℃,设计压力为12MPa,管材直径180mm、壁厚28mm,需在现场进行组对、焊接。

10CrMo910钢为低合金珠光体耐热钢,主要用于制造壁温在590℃以下的过热器及壁温为520℃的集箱和蒸汽管道,从大量积累的试验数据可知,该钢具有良好的焊接性,对热处理不太敏感,能在大截面上得到均匀组织,持久塑性好,当延伸率达3%5%时,蠕变速率才开始增加。因此,该钢在运行中具有可靠的安全性。

2焊接时的问题

(1)具有较大淬硬倾向。根据国际焊接学会推荐的公式算出该钢碳当量:Cep=C+(Cr+Mo+V/5)+(Ni+Cu/15)=0.11+(0.52/6)+(2.31+1.00/5)=0.859,由此可知,该钢具有较大淬硬倾向。按照等成分原则,10CrMo910钢管采用手工电弧焊,选用相匹配的H08Cr2.25Mo1A焊丝和R407焊条(HD≤5mL/100g),焊条化学成分见表3。由于10CrMo910钢具有较大淬硬倾向,且管壁厚有较大拘束度,焊接时容易产生热烈纹。为此焊前必须进行预热,采用低氢型焊条焊接,焊后进行去氢热处理等工艺措施。(2)易产生再裂纹。由于10CrMo910钢内S、P杂质含量很低,一般不宜产生热烈纹。试验证实,焊缝成型系数(焊缝宽高之比)越小,越容易产生纵向热烈纹;当焊接线能量超过50KJ/cm时,也易产生热烈纹。此钢含有较多的合金元素,焊后热处理不当时,容易产生再热烈纹。因此,必须严格控制焊缝中S、C等杂质,减少应力集中,严格控制焊接线能量。

3焊接方法拟定

按照母材和填充金属材料的成分,采用手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充、盖面的焊接方法,选用H08Cr2.25Mo1A焊丝和R407焊条。焊材化学成分见表3、焊接工艺参数见表4。

4现场施焊

(1)坡口与组对。10CrMo910耐热钢采用氧-乙炔火焰切割下料。为防止火焰切割边缘开裂,切割前应预热150℃,切割成V型坡口,在现场用角向磨光机对坡口进行修磨,对内坡口进行倒角处理。对坡口及相邻内外侧进行磁粉探伤检查,是否存在表面裂纹、缺欠,合格后才可以进行组对点固焊。为了避免损坏坡口,导致焊缝根部产生缺欠,采用坡口中部引桥点固法。用氧-乙炔火焰中性焰对点固焊的位置进行预热,用氩弧焊点固管口四点,点固焊缝高3 ̄4mm、长约25mm。(2)打底焊。10CrMo910管采用手工钨极氩弧焊H08Cr2.25MoA焊丝打底,采用电加热法对坡口进行预热,氩弧焊打底时进行200℃、40min焊前预热,可降低焊缝残余应力,减少根部淬硬倾向,但预热温度不宜过高,否则焊工将无法操作。由于该管管壁较厚,拘束度大,TIG打底层应厚一点(34mm),并要求收弧时填满弧坑,在坡口上收弧,防止焊缝根部产生裂纹。打底焊结束后,用角向磨光机磨去点固焊点。(3)填充、盖面、探伤。打底焊结束检查焊缝无缺欠后,立即用手工电弧焊进行填充连续施焊。填充、盖面用R407焊条需经过350℃400℃,2小时烘干,120℃150℃保温。由于管壁厚坡口较宽,连续时线能量容易超出评定值,这样,接头金属组织将变得粗大,为了控制线能量,层间温度必须控制在200℃300℃之间,严格按照焊接工艺进行多道焊。由于管壁较厚,其焊缝缺欠返修和焊缝RT探伤难度大,填充3层后进行300℃、1h的焊后热处理,12h进行100%RT探伤,合格后重新预热继续实焊。完成填充盖面焊后进行300℃、1h的焊后热处理,24h后进行100%UT探伤。通过进行两次后热,减少了焊缝中的扩散氢,降低了接头的焊接应力,也使预热温度比规范规定(250℃350℃)有所降低,便于手工氩弧焊操作。

5焊后热处理

10CrMo910管焊后对焊缝进行720℃±10℃、2h回火热处理。采用电加热法,用硅酸铝钎维棉保温,看不到有持久强度急剧下降的现象。按以上工序完成焊后热处理后,对焊缝、热处理区进行100%的PT检查,均一次合格。目前该高压蒸汽管已长时间在550℃下连续运行两年时间,焊接接头满足要求。

文章作者:不锈钢管|大口径不锈钢管|不锈钢厚壁管|大口径厚壁钢管|厚壁不锈钢管

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